-
GEBIET DER NEUERUNG
-
Die
vorliegende Neuerung bezieht sich auf eine mobile Robotervorrichtung
mit wenigstens einem verlagerbaren Sensorelement zum Erfassen eines
Zusammenstoßes zwischen der mobilen Vorrichtung und einem
ortsfesten Gegenstand, wobei das Sensorelement auf federnd angeordnet
ist, und zwar derart, dass es sich normalerweise in einer ausgestreckten
Lage befindet, und wobei Mittel zum Detektieren der Verlagerung
des Sensorelementes gegenüber der mobilen Vorrichtung vorgesehen
sind, wobei die genannten Mittel erste Detektionsmittel zum Detektieren
einer vorbestimmten ersten Verlagerung des Sensorelementes und zweite
Detektionsmittel zum Detektieren einer vorbestimmten größeren
Verlagerung des Sensorelementes aufweisen.
-
HINTERGRUND DER NEUERUNG
-
Eine
derartige mobile Robotervorrichtung ist in
KR-B-100835968 beschrieben,
wobei dieses vorher veröffentlichte Dokument der später
veröffentlichten Publikation
WO-A-2008/105634 entspricht.
Diese Veröffentlichung beschreibt einen Roboterstaubsauger
mit einem verlagerbaren Sensorelement, der zwei Stoßstangen
an der Vorderseite in der Hauptfahrtrichtung hat. Die erste Stoßstange
ist an einem höheren Teil der Vorderseite der Vorrichtung
vorgesehen und die zweite Stoßstange ist an dem unteren Teil
vorgesehen. Dadurch tastet die erste Stoßstange Gegenstände
ab, die gemieden werden sollen und die zweite Stoßstange
tastet Gegenstände ab, die überfahren werden sollen.
Die zweite Stoßstange kann um eine horizontale Achse nach
unten drehen, so dass die Vorrichtung gehoben wird, damit sie den zu überwindenden
Gegenstand überfahren kann. Die erste Stoßstange
kann im Vergleich zu der zweiten Stoßstange hervorstehen,
so dass ein auszuweichendes Hindernis zunächst die erste
Stoßstange berührt und danach die zweite Stoßstange.
Somit wird bevor die zweite Stoßstange betrieben wird,
der auszuweichende Gegenstand ermittelt.
-
Eine
andere Art einer taktilen Stoßstange eines autonomen mobilen
Roboters oder einer Plattform ist in
US-A-4596412 beschrieben worden. Die taktile
Stoßstange umfasst eine Anzahl verlagerbarer Sensorelemente,
wobei es sich um frei schwebende Streifen handelt, die in einem
Gehäuse untergebracht sind. Die Mittel zum Detektieren
der Verlagerung der Sensorelemente sind eine Anzahl an dem Gehäuse
und hinter den Sensorelementen angebrachter Mikroschalter.
-
So
ist beispielsweise die mobile Robotervorrichtung ein Staubsauger
zur automatischen Reinigung eines Raums, während sich die
mobile Vorrichtung über den Fußboden des betreffenden
Raums bewegt. Dabei kann der Weg des Staubsaugers auf Basis von
Beobachtung der Umgebung durch Kameras oder andere Observationsmittel,
wie Sonarsensoren oder IR-Sensoren, gesteuert werden. Außerdem
sind an einer oder mehreren Seiten der mobilen Vorrichtung Sensorelemente
vorgesehen, damit Körperkontakt zwischen der mobilen Vorrichtung
und ortsfesten Gegenständen (Hindernissen) auf dem Fußboden
des Raums detektiert werden kann. Der Staubsauger kann zwei Module
umfassen, und zwar ein Hauptmodul mit dem Vakuumventilator und einem
Abfallsammelraum, und ein mit Hilfe eines Schlauchs mit dem Hauptmodul
verbundenes Reinigungskopfmodul, wobei durch diesen Schlauch die Abfälle
von dem Reinigungskopfmodul zu dem Hauptmodul transportiert werden.
Weiterhin umfasst der Schlauch leitende Verbindungen von dem Hauptmodul
zu dem Reinigungskopfmodul zur Energieversorgung und zum Austauschen
elektronischer Information zwischen den zwei Modulen. Ein derartiger Staubsauger
ist in
US-A-2002/0174506 beschrieben. Dabei
kann das Reinigungskopfmodul die mobile Vorrichtung mit dem einen
oder mit mehreren Sensorelementen zum Detektieren von Körperkontakt
zwischen dem Modul und ortsfesten Gegenständen auf dem
Fußboden des zu reinigenden Raums sein.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER NEUERUNG
-
Im
Allgemeinen soll die mobile Robotervorrichtung ihren Weg zwischen
ortsfesten Gegenständen in der Umgebung finden. Wenn die
mobile Vorrichtung einen ortsfesten Gegenstand berührt,
soll die Fahrtrichtung geändert werden, so dass der ortsfeste
Gegenstand umgangen werden kann. Deshalb wird eine Berührung
mit einem derartigen ortsfesten Gegenstand erfasst, damit die Bewegung
der mobilen Vorrichtung in einer anderen Richtung fortgesetzt wird,
beispielsweise in der entgegengesetzten Richtung, weg von dem ortsfesten
Gegenstand. Allerdings kann dabei die mobile Vorrichtung beim Umherfahren
zwischen ortsfesten Gegenständen eingeschlossen werden.
Um aus einer derartigen eingeschlossenen Lage zu entkommen, wird
die mobile Vorrichtung Bewegungen machen, wie Verlagerungen vorwärts
und rückwärts und/oder Drehung um eine vertikale
Achse, allerdings kann der Raum zum Manövrieren gering
sein.
-
Es
ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Neuerung eine mobile
Vorrichtung zu schaffen, mit Mitteln zum Detektieren der Verlagerung
des Sensorelementes gegenüber der mobilen Vorrichtung und
wobei die genannten Mittel erste Detektionsmittel zum Detektieren
einer vorbestimmten ersten Verlagerung des Sensorelementes und zweite Detektionsmittel
zum Detektieren einer vorbestimmten größeren Verlagerung
des Sensorelementes aufweisen, wobei eine kompakte und relativ einfache Konstruktion
erreicht werden kann.
-
Zur
Lösung dieser Aufgabe wird das Sensorelement derart an
einem Rahmen befestigt, dass es gegenüber dem Rahmen verlagert
werden kann. Diese erste Verlagerung wird von den ersten Detektionsmitteln
ermittelt. Weiterhin kann das Sensorelement zusammen mit dem Rahmen
gegenüber der mobilen Vorrichtung verlagert werden. Daraus
ergibt sich die größere Verlagerung des Sensorelementes,
die von den genannten zweiten Detektionsmitteln erfasst wird, wobei
diese zweiten Detektionsmittel eine vorbestimmte Verlagerung des
Rahmens detektieren. Dabei ist die Federbelastung zwischen der mobilen Vorrichtung
und dem Rahmen höher als die Federbelastung zwischen dem
Rahmen und dem Sensorelement. Durch Verwendung eines derartigen
Zwischenrahmens lässt sich eine gedrängte und
einfache Konstruktion erzielen, insbesondere wenn die Vorrichtung
relativ klein ist, beispielsweise in dem Fall, wo es sich um ein
Reinigungskopfmodul eines Staubsaugers handelt.
-
Beim
normalen Bewegen der mobilen Vorrichtung basiert die Steuerung der
Bewegung der mobilen Vorrichtung auf Signalen von den ersten Detektionsmitteln.
In dem Fall aber, wo die mobile Vorrichtung sich in einer Lage befindet,
in der es schwierig scheint, zu entkommen, beispielsweise wenn sie wiederholt
vorwärts und rückwärts manövriert,
werden die zweiten Detektionsmittel aktiv und überstimmen
die genannten ersten Detektionsmittel, wobei die mobile Vorrichtung
mehr Bewegungsfreiheit hat, sich aus der eingefangenen Lage zu befreien.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform ist das Sensorelement
eine verlagerbare Stoßstange an einer Seite der mobilen
Vorrichtung, vorzugsweise an der Vorderseite und/oder der Rückseite
der mobilen Vorrichtung. Dabei kann die Stoßstange ein
Detektionssignal erzeugen, sobald die mobile Vorrichtung einen ortsfesten
Gegenstand berührt, und kann auch während einer
Kollision zwischen der mobilen Vorrichtung und diesem Gegenstand
den Aufprall absorbieren. Die mobile Vorrichtung kann zwei oder
mehrere Stoßstangen an verschiedenen Seiten der mobilen
Vorrichtung haben, wobei jede Stoßstange als Sensorelement
wirksam ist.
-
Eine
mobile Robotervorrichtung mit einer verlagerbaren Stoßstange,
die den Umfang der Vorrichtung definiert, ist in
EP-A-1582957 beschrieben. Die
Stoßstange ist durch Federn über dem Hauptrahmen
der Vorrichtung schwebend angeordnet. Kontakt mit Hindernissen sorgt
für eine Bewegung der Stoßstange gegenüber
dem Hauptrahmen, wobei diese Bewegung mit Hilfe eines Joystickschalters
detektiert wird.
-
Vorzugsweise
hat die mobile Robotervorrichtung eine Hauptfahrtrichtung, wobei
an einander gegenüber liegenden Seiten der mobilen Vorrichtung zwei
Sensorelemente vorgesehen sind, und zwar ein Frontsensorelement
und ein Rücksensorelement, wobei das genannte Frontsensorelement
sich in der Hauptfahrtrichtung erstreckt. Wenn die mobile Vorrichtung
zwischen zwei ortsfesten Gegenständen – einer
vor und einer hinter der Vorrichtung – eingeschlossen wird,
kann die Manövrierfreiheit dadurch vergrößert
werden, dass statt der ersten die zweiten Detektionsmittel benutzt
werden. Dabei kann die mobile Vorrichtung über einen größeren
Abstand vor- und rückwärts bewegen, so dass es
mehr Raum gibt, sich um die vertikale Achse zu drehen, und sich
aus der eingeschlossenen Lage zu befreien.
-
Der
Rahmen kann mehr als nur ein Sensorelement aufweisen, wobei die
ersten Detektionsmittel eine vorbestimmte Verlagerung jedes der
Sensorelemente detektieren und die zweiten Detektionsmittel eine
vorbestimmte Verlagerung des Rahmens detektieren. In einer bevorzugten
Ausführungsform hat der Rahmen zwei Sensorelemente an einander
gegenüber liegenden Seiten der mobilen Vorrichtung, vorzugsweise
an der Vorderseite und an der Rückseite in der Hauptfahrtrichtung
der mobilen Vorrichtung, so dass die mobile Vorrichtung zum Entkommen
aus einer eingeschlossenen Lage eine größere Freiheit beim
Manövrieren in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung
hat. Selbstverständlich kann der Rahmen mehr als nur die
zwei Sensorelemente aufweisen, beispielsweise auf jeder Seite der
Vorrichtung.
-
Vorzugsweise
umfassen die Detektionsmittel Mikroschalter, wobei diese Mikroschalter
durch die Verlagerung des Sensorelementes aktiviert werden können.
Mikroschalter sind einfache und relativ kleine Vorrichtungen, die
ein elektrisches Signal liefern können, wenn das Sensorelement
eine vorbestimmte Verlagerung erfährt.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform ist die mobile Vorrichtung
ein Staubsauger mit einem Hauptmodul und einem durch einen Schlauch
mit dem Hauptmodul verbundenen mobilen Reinigungskopfmodul, wie
beispielsweise in
US-A-2002/0174506 beschrieben,
wobei das Reinigungskopfmodul das genannte verlagerbare Sensorelement
enthält.
-
Die
vorliegende Neuerung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Steuerung
einer mobilen Robotervorrichtung mit wenigstens einem verlagerbaren Sensorelement,
das Zusammenstöße zwischen der mobilen Vorrichtung
und ortsfesten Gegenständen detektiert, wobei das Sensorelement
auf federbelastete Art und Weise angeordnet ist, so dass es sich normalerweise
in einer verlängerten Lage befindet, und wobei die Verlagerung
des Sensorelementes gegenüber der mobilen Vorrichtung detektiert
wird, wobei erste Detektionsmittel eine vorbestimmte erste Verlagerung
des Sensorelementes detektieren und wobei zweite Detektionsmittel
eine vorbestimmte größere Verlagerung des Sensorelementes
detektieren, wobei das Sensorelement an einem Rahmen befestigt ist,
wobei das Sensorelement gegenüber dem Rahmen verlagert
wird, was die genannte erste durch die genannten ersten Detektionsmittel
detektierte Verlagerung ist, und wobei das Sensorelement zusammen
mit dem Rahmen gegenüber der mobilen Vorrichtung verlagert
wird, und zwar zum Erhalten der genannten durch die genannten zweiten
Detektionsmittel detektierten größeren Verlagerung
des Sensorelementes.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
-
Die
vorliegende Neuerung wird nun mit Hilfe einer Beschreibung einer
Ausführungsform des Reinigungskopfmoduls eines mobilen
Roboterstaubsaugers mit zwei verlagerbaren an einem verlagerbaren Rahmen
befestigten Sensorelementen näher erläutert. Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Neuerung sind in der Zeichnung dargestellt und
werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine
schaubildliche Darstellung eines Schnittes durch das Reinigungskopfmodul,
-
2 und 3 je
einen schematischen Schnitt durch das Modul.
-
Insbesondere
zeigen die 2 und 3 je eine
schematische Darstellung, wobei nur diejenigen Teile dargestellt
sind, die zu der Erläuterung der beschriebenen Ausführungsform
beitragen.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER AUSFÜHRUNGSFORM
-
Die
Figuren zeigen das Reinigungskopfmodul mit einem Basisteil 1,
der den Hauptteil der Unterseite des Moduls bildet. Der Basisteil 1 hat
vier Räder, wobei nur zwei Räder 2 in
den Schnitten dargestellt sind. Die zwei Räder 2 werden
von einem Elektromotor (1) angetrieben und die zwei
anderen (nicht dargestellten) Räder werden von einem anderen
(nicht dargestellten) Elektromotor angetrieben. Durch einzelne Steuerung
kann die Drehgeschwindigkeit der zwei Radpaare 2, die Verlagerung
des Moduls über einen Fußboden gesteuert werden.
Dadurch kann das Modul vorwärts und rückwärts
verlagert werden, und es kann um eine vertikale Achse gedreht werden,
und zwar durch Antrieb der Radpaare 2 mit verschiedenen
Drehgeschwindigkeiten, und zwar während der Verlagerung
sowie in Ruhelage des Moduls.
-
Das
Reinigungskopfmodul hat eine rotierende Bürste 4 in
einem Saugmund 5, die sich gegenüber der Hauptfahrtrichtung
des Moduls, in den Figuren nach rechts und nach links, in Querrichtung
erstreckt. Im Betrieb befindet sich die Öffnung des Saugmundes 5 an
der Unterseite des Moduls nahe am Boden, während die rotierende
Bürste 4 den Fußboden berührt,
so dass Abfälle vom Fußboden entfernt und durch
den Saugmund 5 aufgesaugt und einem (nicht dargestellten)
mit dem Reinigungskopfmodul verbundenen Schlauch zugeführt
werden. Das andere Ende des Schlauchs ist mit dem Hauptmodul des
(nicht dargestellten) Staubsaugers mit einem Vakuumventilator und
einem Abfallsammelraum verbunden.
-
Die
obere Wand des Moduls ist ein Teil des Rahmens 6, wobei
dieser Rahmen 6 das Modul teilweise umgibt. Der Rahmen 6 ist
mit Hilfe von vier Schraubenfedern 7 (zwei Federn 7 sind
dargestellt) an dem Basisteil 1 befestigt, so dass sich
der Rahmen 6 in horizontaler Richtung bewegen kann. Die Federn 7 sind
relativ starr, so dass eine relativ große Kraft erforderlich
ist um den Rahmen 6 gegenüber dem Basisteil 1 zu
verlagern. Auf der Vorderseite des Moduls (in 1 die
rechte Seite und in den 2 und 3 die linke
Seite) hat der Rahmen 6 eine Stoßstange 8,
während der Rahmen eine Stoßstange 9 auf
der Rückseite des Moduls hat. Die zwei Stoßstangen 8, 9 sind
mit Hilfe von Schraubenfedern 10, 11 (dargestellt
in den 2 und 3) an dem Rahmen 6 befestigt,
so dass jede Stoßstange 8, 9 aus der
verlängerten Lage (dargestellt in 2) in Richtung
des Rahmens 6 entgegen der Druckkraft der Federn 10, 11 verlagert
werden kann. Dabei wird die Stoßstange 8, 9 einen
Mikroschalter 12, 13 berühren, wobei
dieser Mikroschalter 12, 13 die Verlagerung der
Stoßstange 8, 9 detektiert.
-
Wenn
das Reinigungskopfmodul in Vorwärtsrichtung (in den 2 und 3 nach
links) fährt, kann das Modul mit einem ortsfesten Gegenstand
zusammenstoßen, wobei die Stoßstange 8 auf der
Vorderseite des Moduls in Richtung des Rahmens 6 gedrückt
wird (wie in 3 dargestellt). Dabei wird der
Mikroschalter 12 aktiviert, wodurch ein Signal erzeugt
wird, das den Zusammenstoß mit dem ortsfesten Gegenstand
anzeigt, so dass die Bewegung des Reinigungskopfmoduls sofort beendet
und in der entgegengesetzten Richtung weg von dem ortsfesten Gegenstand
fortgesetzt wird. Es kann sein, dass das Modul danach auf einen
anderen ortsfesten Gegenstand stößt, beispielsweise
wenn das Modul nicht geradeaus fährt oder wenn der andere ortsfeste
Gegenstand vorher nicht dort stand. Dabei wird die Stoßstange 9 auf
der Rückseite des Moduls in Richtung des Rahmens 6 gedrückt,
so dass der Mikroschalter 13 den Zusammenstoß mit
dem genannten anderen ortsfesten Gegenstand detektiert. Zum Finden
eines Auswegs aus einer derartigen eingeschlossenen Lage kann das
Modul versuchen, um eine vertikale Achse zu drehen, und zwar durch
Bewegung in der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung. Wenn
der Raum zwischen den zwei ortsfesten Gegenständen relativ
klein ist, kann es für das Modul schwierig sein, zu manövrieren.
Zur Steigerung der Manövrierfreiheit wird die Detektion
durch die Schalter 12, 13 inaktiviert und die
Detektion des Kontaktes mit den ortsfesten Gegenständen
wird von den Mikroschaltern 14, 15 übernommen,
wobei diese Mikroschalter 14, 15 aktiviert werden,
wenn der Rahmen 6 gegenüber dem Basisteil 1 des
Moduls verlagert wird. Weil die Detektion durch die Mikroschalter 14, 15 bei
einer größeren Verlagerung der Stoßstangen 8, 9 gegenüber
dem Basisteil 1 stattfindet, kann das Modul näher
an die zwei ortsfesten Gegenstände herankommen, was zu
einer größeren Manövrierfreiheit des
Moduls führt.
-
3 zeigt
die Situation, wobei die Mikroschalter 12, 13 inaktiviert
sind, d. h. ausgeschaltet sind, und wobei der Zusammenstoß mit
ortsfesten Gegenständen mit Hilfe der Mikroschalter 14, 15 detektiert
wird. In 3 ist das Modul beim Verlagern
in der Vorwärtsrichtung mit einem ortsfesten Gegenstand
zusammengestoßen. Dabei wird der Mikroschalter 14 aktiviert,
weil der Rahmen 6 sich entgegen der Kraft der Federn 7 verlagert
hat. Die Kraft zum Verlagern des Rahmens 6 gegenüber
dem Basisteil 1 ist größer als die von
den federn 10, 11 erzeugte Kraft, so dass der
Rahmen 6 nur gegenüber dem Basisteil 1 bewegt,
wenn eine der Federn 10, 11 eingedrückt
wird.
-
Zusammengefasst,
eine mobile Robotervorrichtung mit wenigstens einem verlagerbaren
Sensorelement 8, 9 zum Fühlen eines Zusammenstoßes zwischen
der mobilen Vorrichtung und einem ortsfesten Gegenstand. Es gibt
dabei erste Detektionsmittel 12, 13 zum Detektieren
einer vorbestimmten ersten Verlagerung des Sensorelementes 8, 9 und
es gibt zweite Detektionsmittel 14, 15 zum Detektieren
einer vorbestimmten größeren Verlagerung des Sensorelementes 8, 9.
-
Die
beschriebene Ausführungsform der vorliegenden Neuerung
ist nur ein Beispiel, im Rahmen der vorliegenden Neuerung sind viele
andere Ausführungsformen möglich.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - KR 100835968
B [0002]
- - WO 2008/105634 A [0002]
- - US 4596412 A [0003]
- - US 2002/0174506 A [0004, 0014]
- - EP 1582957 A [0010]